专利名称：复合材料桥梁防撞装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种桥梁或码头防撞结构，尤其是一种利用复合材料制造的低成 本绿色防撞装置，具体地说是一种适用于各类桥梁的桥墩以及码头、水上(海洋)建筑减轻 船舶(浮冰)撞击灾害的复合材料桥梁防撞装置。
背景技术：
众所周知，船撞桥事故在世界各地一直在不断地发生，船撞桥事故的频率远比我 们想象的更高。由船撞桥事故所导致的人员伤亡、财产损失以及环境破坏是惊人的。很多船 撞桥事故轻则损失数万元，重则人员伤亡、损失以数百万、数千万甚至数十亿美元计，大量 的间接损失更是难以计算。因此对桥梁采取防撞措施尤为必要，其根本目的是防止桥梁因 船舶撞击力超过桥墩的设计承载力，而造成结构毁坏，同时尽可能地保护船舶，将损失减小 到最低程度。防撞设施的型式不同，其工作机理就不同，或阻止船舶撞击力传到桥墩，或通 过缓冲消能延长船舶撞击时间、减小船舶撞击力，最终达到保护桥梁安全的目的。现有的通 航桥梁防撞装置多采用在承台或桥墩周围套上钢结构套箱，该消能设施利用钢材塑性变形 破损消能，当船舶撞击钢套箱防撞装置时，防撞结构外层非连续(间断的)结构钢板发生大 的变形，吸收了部分碰撞能量，并且延长了接触时间，使撞击力峰值得以降低，同时由于结 构变形和相互作用，从而拨动船头方向，减少了船舶与结构间的能量交换。但钢套箱通常承 受单次撞击，撞损后维修较困难；同时碰撞时船体易受损伤；另外钢材常年在水中易锈蚀， 维护费用较高，故采用新材料设计开发新型防撞系统迫在眉睫。
发明内容本实用新型的目的是针对现有的桥梁防撞装置存在的防撞效果差或成本高修复 难度大的问题，设计一种能充分吸收撞击能量，且能随水位浮动的、低成本绿色环保型复合 材料桥梁防撞装置。本实用新型的技术方案是一种复合材料桥梁防撞装置，其特征是它呈条状或与桥梁外形相配的环状结构， 该条状或环状结构至少有一个防撞单元10或至少由一个防撞单元10与连杆12组成，相邻 且相互连接的两个防撞单元10之间通过法兰4和螺栓5相连，连杆12安装在一个防撞单 元10的两端或相邻的但不相连的两个防撞单元10之间使之连成环状结构；所述的防撞单 元10由壳体11和填充在壳体11中的填充材料3组成，所述的壳体11为复合材料实心壳 体或由内外两层复合材料面层1及夹芯材料2组成的结构；所述的防撞单元10或者由壳体 11和填充在壳体11中的填充材料3及安装在壳体一侧的装满缓冲材料6的帆布袋7组成， 帆布袋7通过拉索8与壳体11相连，在壳体11上还连接有防撞栏杆9，所述的壳体11也为 复合材料实心壳体或由内外两层复合材料面层1及夹芯材料2组成的结构。[0007]所述的缓冲材料6为橡胶轮胎、橡胶粒、橡胶块或聚氨酯弹性体。所述的夹芯材料2为泡桐木、轻质木材、聚氨酯泡沫、PVC泡沫、PEI泡沫、PMI泡沫 或强芯毡。所述的夹芯材料2为树脂基纤维复合材料层格构结构。所述的复合材料面层1由玻璃纤维布与树脂固化而成，玻璃纤维布为双轴向布、 多轴向布、网格布、纤维毡或碳纤维布、玄武岩纤维布、芳纶纤维布中的一种，树脂为不饱和 聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或无机树脂。所述的填充材料3为横向布置的毛竹、聚氨酯泡沫、泡沫铝或橡胶粒。所述的在毛竹之间填充有木屑与树脂的混合料或橡胶粒。所述的填充材料3为整体式复合材料空腹格构体。所述的帆布袋7为PVC帆布、PVDF帆布或Teflon帆布袋，帆布袋7与桥墩接触位 置粘贴有高强度低摩擦系数的PE板；所述的帆布袋7为密闭或带有规则开孔的结构，帆布 袋7可直接用设置在壳体11内侧的串接成一个整体的缓冲材料6代替。所述的防撞栏杆9上设有穿装钢绞线的穿眼以便将各防撞栏杆连成整体，防撞栏 杆9为经过耐腐蚀处理的金属栏杆或复合材料栏杆。本实用新型的有益效果1)本实用新型的外表采用了强耐腐蚀、力学特性优越的纤维增强复合材料，可适 应江水、海水等各种恶劣环境，减小了维护费用。2)本实用新型以生态绿色材料为主，所采用的泡桐木、毛竹等材料均是绿色可再 生材料，整体吸能效果好，造价低廉。3)本实用新型的防撞装置的整体比重小于1，因此它呈漂浮式可转动结构，防撞 体系可随水位高低上、下浮动；同时防撞体系在平面上可设计成椭圆形或圆形，当船撞发生 时可发生转动，有助于拨离船舶行驶方向，减小碰撞力。4)本实用新型安装便捷，各个独立的防撞单元可通过法兰螺栓连成整体，单个单 元损坏更换方便。5)本实用新型结构简单，制造成本低，安装维护方便。
图1是本实用新型的防撞单元之一的断面结构示意图。图2是图1的防撞单元在桥梁上安装使用状态示意图。其中图2(a)为正视图，图2(b)为俯视剖视图。图3是本实用新型的防撞单元之二的断面结构示意图。图4是图3的防撞单元在桥梁上安装结构示意图之一。其中图4(a)为正视图，图4(b)为俯视剖视图。图5为图3的防撞单元在桥梁上安装结构示意图之二。其中图5(a)为正视图，图5(b)为俯视剖视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。[0031]实施例一。如图1、2所示。一种复合材料桥梁防撞装置，它可呈用于安装在码头上的条状结构，也可呈与桥梁外形相配的环状结构，该条状或环状结构至少有一个图1所示的防撞单元10组成，相邻 且相互连接的两个防撞单元10之间通过法兰4和螺栓5相连，如图2(b)和图2(a)所示， 所述的防撞单元10由壳体11和填充在壳体11中的填充材料3组成，所述的壳体11为复 合材料实心壳体或由内外两层复合材料面层1及夹芯材料2组成的结构。具体实施时所述 的缓冲材料6为橡胶轮胎、橡胶粒、橡胶块或聚氨酯弹性体。所述的夹芯材料2为泡桐木、 轻质木材、聚氨酯泡沫、PVC泡沫、PEI泡沫、PMI泡沫或强芯毡。所述的夹芯材料2也可为 树脂基纤维复合材料层格构结构。所述的复合材料面层1由玻璃纤维布与树脂固化而成， 玻璃纤维布为双轴向布、多轴向布、网格布、纤维毡或碳纤维布、玄武岩纤维布、芳纶纤维布 中的一种，树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或无机树脂。所述的填充材料3为横 向布置的毛竹、聚氨酯泡沫、泡沫铝或橡胶粒，所述的在毛竹之间可不填充，也可填充有木 屑与树脂的混合料或橡胶粒，所述的填充材料3还可为整体式复合材料空腹格构体。所述 的帆布袋7可为PVC帆布、PVDF帆布或Teflon帆布袋，帆布袋7与桥墩接触位置粘贴有高 强度低摩擦系数的PE板；所述的帆布袋7为密闭或带有规则开孔的结构，帆布袋7可直接 用设置在壳体11内侧的串接成一个整体的缓冲材料6代替。实施例二。如图3、4、5所示。一种复合材料桥梁防撞装置，它呈条状或与桥梁外形相配的环状结构，该条状或 环状结构至少有一个防撞单元10与连杆12 (如图4(b)所示)组成，相邻且相互连接的两 个防撞单元10之间可通过法兰4和螺栓5相连(图4中采用的是整体式结构，因此无需法 兰和螺栓5，当防撞单元的周长较长时，最好采用法兰和螺栓连接结构将各防撞单元连成一 个整体)，连杆12安装在一个防撞单元10的两端或相邻的但不相连的两个防撞单元10之 间使之连成环状结构；所述的防撞单元10或者由壳体11和填充在壳体11中的填充材料 3及安装在壳体一侧的装满缓冲材料6的帆布袋7组成，帆布袋7通过拉索8与壳体11相 连，在壳体11上还连接有防撞栏杆9，所述的壳体11也为复合材料实心壳体或由内外两层 复合材料面层1及夹芯材料2组成的结构。本实用新型的填充材料3可采用毛竹，它构成 本实用新型的抗剪消能部分，由废旧汽车轮胎6、帆布7和拉索8构成本实用新型的“软着 陆”部分，栏杆9和钢绞线构成本实用新型的护栏部分。复合材料壳体可采用玻璃纤维布、 树脂与夹芯材料通过真空导入成型工艺或手糊工艺制备而成，形成纤维复合材料面层1、夹 芯材料2，复合材料体壳11内部的填充材料3为横向紧密布置的毛竹，毛竹的天然竹节具有 较强的抗剪性能，在船撞桥的过程中，复合材料防撞圈的挤压过程会导致毛竹的破碎，即消 耗能量，毛竹之间的空隙可以填充木屑与树脂的混合料，或橡胶粒等。复合材料防撞系统可 在工厂里预先制备好若干个节段，到现场后，再通过法兰与螺栓5连接，形成整体防撞圈系 统，参见图2，复合材料防撞系统的整体平面形状可以为椭圆形(图4)、圆形(图5)或与桥 墩截面形状一致，也可根据需要在桥墩内侧不连续布置，采用拉杆12代替(图4)，也可直 接制备成条形，作为港口、码头等临水设施的防撞系统。由废旧汽车轮胎6、帆布7和拉索8 构成“软着陆”部分，当船舶与防撞系统撞击时，“软着陆”部分首先与桥墩接触，由于“软着陆”部分弹性较好，能显著延长撞击接触时间，从而减小撞击力，参见图3，“软着陆”部分位 于复合材料壳体的内侧，并直接与桥墩接触，可以仅在桥墩的棱角处设置(图4)，也可连续 设置一圈(图5)，也可以不设置“软着陆”部分(图2)。栏杆9和钢绞线构成护栏部分(图 3)，在连续布置的护栏上穿眼，高强钢绞线通过栏杆穿眼即形成防撞护栏，护栏可采用经过 耐腐蚀处理的金属栏杆，也可直接采用复合材料栏杆。由以上几部分即构成自浮式复合材 料桥梁防撞系统。经前期实验室撞击测试，该复合材料防撞系统的防撞效果显著，能有效削 减撞击力，最大撞击力可削减60%以上，可作为桥墩、码头以及海洋采油平台等建筑的自浮 式防船撞设施。所述的纤维复合材料面层1由玻璃纤维布与树脂固化而成，玻璃纤维布可采用双轴向布、多轴向布、网格布、纤维毡等，特殊领域也可采用碳纤维布、玄武岩纤维布、芳纶纤 维布。树脂采用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、无机树脂。所述的芯材2优选为泡桐木，也可采用其它各种轻质木材、聚氨酯泡沫、PVC泡沫、 PEI泡沫、PMI泡沫、强芯毡等夹芯材料；也可不采用芯材2，直接由纤维复合材料面层1构 成复合材料外壳。所述的复合材料外壳内部填充材料3优选为横向紧密布置的毛竹，毛竹的破碎过 程会消耗大量的撞击能量，同时由于毛竹具有天然竹节，因而具有较强的抗剪性能，在与船 舶撞击时，填充材料不易发生剪切破坏，毛竹之间的空隙可以填充木屑与树脂的混合料，或 橡胶粒等，也可不填充。也可采用其它填充材料，如聚氨酯泡沫、泡沫铝、回收的橡胶粒等。所述的法兰和螺栓4用于将单片构件组合成D型、箱型、D+箱型的封闭复合材料 外壳。法兰边为纤维与树脂复合材料，螺栓优选高强不锈钢螺栓，也可采用镀锌或镀铬防锈 处理的螺栓，或尼龙螺栓等。所述的节段法兰与螺栓5将工厂里预先制备好的若干个防撞系统单元节段连成 整体，使之整体平面成椭圆形、圆形等形状。法兰边为纤维与树脂复合材料，或法兰内埋钢 板，增加连接刚度；螺栓优选高强不锈钢螺栓，也可采用镀锌或镀铬防锈处理的螺栓，或尼 龙螺栓等。所述的废旧汽车轮胎6作为“软着陆”部分的缓冲装置，优选为物美价廉、弹性较 好的废旧汽车轮胎，也可采用回收的废旧橡胶粒、弹性橡胶块、聚氨酯弹性体等。所述的帆布袋7用于盛装废旧汽车轮胎6，可采用PVC帆布、PVDF帆布、Teflon帆 布等，帆布袋与桥墩接触位置可设置或粘贴高强度低摩擦系数的PE板；帆布袋7也可规则 开孔，这样帆布袋7中除了有汽车轮胎6，还盛满水，在船舶撞击下，除了汽车轮胎6缓冲延 长撞击时间外，水也会从孔中喷出耗能。所述的拉索8为高强钢绞线，用于将帆布袋7固定于复合材料防撞圈上，避免帆布 袋7由于重力作用下垂。所述的防撞护栏9由栏杆和钢绞线组成，在连续布置的护栏上穿眼，高强钢绞线 通过栏杆穿眼即形成防撞护栏，护栏可采用经过耐腐蚀处理的金属栏杆，也可直接采用复 合材料栏杆。上述的复合材料防撞系统的外壳采用真空导入成型工艺或手糊工艺制备。实例1本实用新型的复合材料桥梁防撞装置，外壳为玻璃纤维与乙烯基树脂固化而成的复合材料面层1，并采用泡桐木芯材2构成复合材料夹层结构外壳，外壳截面成半圆D型，采 用真空导入工艺制备，采用法兰和螺栓4将D型外壳与平板外壳组合成封闭的复合材料外 壳；复合材料外壳内部填充横向布置的毛竹3 ；将防撞系统单元节段围绕矩形截面桥墩的 四周，采用法兰和螺栓5连成整体的圆形复合材料防撞系统；在矩形截面桥墩的四个棱角 处设置薄橡胶块减轻防撞圈与桥墩在水流作用下的撞击。如图4。实例2 本实用新型的复合材料桥梁防撞装置，外壳为玄武岩纤维与环氧树脂固化而成的 复合材料面层1，构成复合材料层合板外壳，外壳截面成箱型，并设置倒角，采用真空导入工 艺制备，采用法兰和螺栓4将箱型外壳与平板外壳组合成封闭的复合材料外壳；复合材料 外壳内部填充聚氨酯泡沫3 ；复合材料防撞圈内侧设置由废旧汽车轮胎6、Tefl0n帆布7和 拉索8构成的“软着陆”部分，“软着陆”部分仅设置在矩形桥墩的四个棱角位置；在防撞圈 的顶部连续布置复合材料护栏，并在护栏上穿眼，高强钢绞线通过穿眼即形成防撞栏杆9 ； 最后将2片工厂里预制好的防撞系统单元节段运至现场，围绕桥墩四周，采用法兰和螺栓5 连成整体的椭圆形复合材料防撞系统。实例3本实用新型的复合材料桥梁防撞装置，外壳为玻璃纤维与不饱和聚酯树脂固化而 成的复合材料面层1，并采用泡桐木芯材2构成复合材料夹层结构外壳，外壳截面为D+箱 型；复合材料外壳内部填充回收的橡胶粒3 ；复合材料防撞圈内侧设置由废旧汽车轮胎6、 PVDF帆布7和拉索8构成的“软着陆”部分，“软着陆”部分沿防撞圈内侧连续设置一圈；最 后将4片工厂里预制好的1/4圆防撞系统单元节段运至现场，围绕桥墩四周，采用法兰和螺 栓5连成整体的圆形复合材料防撞系统。本实用新型的复合材料桥梁防撞装置采用真空导入成型工艺制备，具体流程如 下a.制备一套大型木或玻璃钢模具，在模具上采用真空导入工艺制备以泡桐木为夹 芯材料2的玻璃纤维/乙烯基树脂1复合材料防撞系统外壳；b.在复合材料外壳内部横向紧密布置毛竹3，且毛竹之间的间隙内填充木屑与树 脂的混合料；c.采用法兰和螺栓4将单片构件组合成封闭的内部填充毛竹的复合材料外壳；d.在复合材料防撞圈内侧设置由废旧汽车轮胎6、帆布7和拉索8构成的“软着 陆”部分，其中帆布7与桥墩接触处设置或粘贴高强度低摩擦系数的PE板；e.在复合材料防撞圈的顶部连续设置复合材料栏杆，采用高强钢绞线通过栏杆的 穿眼即形成防撞护栏9;f.将4片工厂里预制好的1/4或1/2圆防撞单元运至现场，围绕桥墩四周，采用法 兰和螺栓5连成整体的复合材料防撞系统。本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求一种复合材料桥梁防撞装置，其特征是它呈条状或与桥梁外形相配的环状结构，该条状或环状结构至少有一个防撞单元(10)或至少由一个防撞单元(10)与连杆(12)组成，相邻且相互连接的两个防撞单元(10)之间通过法兰(4)和螺栓(5)相连，连杆(12)安装在一个防撞单元(10)的两端或相邻的但不相连的两个防撞单元(10)之间使之连成环状结构；所述的防撞单元(10)由壳体(11)和填充在壳体(11)中的填充材料(3)组成，所述的壳体(11)为复合材料实心壳体或由内外两层复合材料面层(1)及夹芯材料(2)组成的结构；所述的防撞单元(10)或者由壳体(11)和填充在壳体(11)中的填充材料(3)及安装在壳体一侧的装满缓冲材料(6)的帆布袋(7)组成，帆布袋(7)通过拉索(8)与壳体(11)相连，在壳体(11)上还连接有防撞栏杆(9)，所述的壳体(11)也为复合材料实心壳体或由内外两层复合材料面层(1)及夹芯材料(2)组成的结构。
2.根据权利要求1所述的防撞装置，其特征是所述的缓冲材料(6)为橡胶轮胎、橡胶 粒、橡胶块或聚氨酯弹性体。
3.根据权利要求1所述的防撞装置，其特征是所述的夹芯材料(2)为泡桐木、轻质木 材、聚氨酯泡沫、PVC泡沫、PEI泡沫、PMI泡沫或强芯毡。
4.根据权利要求1所述的防撞装置，其特征是所述的夹芯材料(2)为树脂基纤维复合 材料层格构结构。
5.根据权利要求6所述的防撞装置，其特征是所述的在毛竹之间填充有木屑与树脂的 混合料或橡胶粒。
6.根据权利要求1所述的防撞装置，其特征是所述的填充材料(3)为整体式复合材料 空腹格构体。
7.根据权利要求1所述的防撞装置，其特征是所述的帆布袋(7)为PVC帆布、PVDF帆 布或Teflon帆布袋，帆布袋(7)与桥墩接触位置粘贴有高强度低摩擦系数的PE板；所述的 帆布袋(7)为密闭或带有规则开孔的结构，帆布袋(7)可直接用设置在壳体(11)内侧的串 接成一个整体的缓冲材料(6)代替。
8.根据权利要求1所述的防撞装置，其特征是所述的防撞栏杆(9)上设有穿装钢绞线 的穿眼以便将各防撞栏杆连成整体，防撞栏杆(9)为经过耐腐蚀处理的金属栏杆或复合材 料栏杆。
专利摘要一种复合材料桥梁防撞装置，其特征是它呈条状或与桥梁外形相配的环状结构，该条状或环状结构至少有一个防撞单元(10)或至少由一个防撞单元(10)与连杆(12)组成，相邻且相互连接的两个防撞单元(10)之间通过法兰(4)和螺栓(5)相连，连杆(12)安装在一个防撞单元(10)的两端或相邻的但不相连的两个防撞单元(10)之间使之连成环状结构；所述的防撞单元(10)由壳体(11)和填充在壳体(11)中的填充材料(3)及安装在壳体一侧的装满缓冲材料(6)的帆布袋(7)组成，帆布袋(7)通过拉索(8)与壳体(11)相连，在壳体(11)上还连接有防撞栏杆(9)，所述的壳体(11)也为复合材料实心壳体或由内外两层复合材料面层(1)及夹芯材料(2)组成的结构。本实用新型成本低，防撞性能好，绿色环保。
文档编号E02B3/20GK201553978SQ20092025690
公开日2010年8月18日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者刘伟庆, 庄勇, 张广, 方海, 陆伟东, 陆勤丰 申请人:中铁大桥勘测设计院有限公司;南京工业大学